Question

13．如图是“探究影响电流做功多少的因素”的电路之一：
（1）实验设计利用了能量转化的原理，即电流在做功过程中电能转化为内能和光能．
（2）电路中两灯泡的规格应不同（选填“相同”或“不同”）．实验时，可以根据灯泡的亮度比较相同时间内电流做功的多少．
（3）如图所示电路，可探究电流做功多少与电压的关系．
（4）小明学了电功率知识后，将标有“12V 6W”灯泡L₁和“6V 4W”灯泡L₂按如图电路连接，再接入电流表．经分析，可判断L₁能正常发光（填L₁、L₂或L₁和L₂），此时另一个灯泡的实际功率为2.25W（不考虑灯丝阻值的变化）．
（5）请你设计“探究电流做功多少与电流大小是否有关”的电路图．

Answer 1

分析 （1）电流做功过程是电能转化成其他形式的能的过程；
（2）要探究电流做功与电压的关系，应控制电流相等而电压不同，要实现控制要求，应使用不同规格的灯泡；电流做功多少不好观察，本题采用了转换法的思想；
（3）研究电流做功与电压的关系，应控制电流的大小和通电时间相同，通过比较电压的大小，得出电流做功与电压的关系；
（4）已知两灯泡的额定电压和额定功率，根据P=UI求出两灯泡的额定电流，利用欧姆定律求出两灯泡的电阻；两电阻串联时通过它们的电流相等，能正常发光的灯泡为两灯泡额定电流中较小，根据P=I²R求出不能正常发光灯泡的实际功率；
（5）要探究电流做功多少与电流大小是否有关，应控制电压、通电时间相同而电流相同，据此设计电路图．

解答 解：
（1）电流做功的过程是电能转化为内能和光能；
（2）由图示电路图可知，两灯泡串联，通过它们的电流与通电时间相等，要“探究影响电流做功多少的因素”电路中两灯泡的规格应不同；实验时，可以根据灯泡亮度比较相同时间内电流做功的多少；
（3）如图所示电路，电路电流与通电时间相同而灯泡两端电压不同，可探究电流做功多少与电压的关系；
（4）由P=UI可得，两灯泡的额定电流分别为：
I₁=$\frac{{P}_{1}}{{U}_{1}}$=$\frac{6W}{12V}$=0.5A，I₂=$\frac{{P}_{2}}{{U}_{2}}$=$\frac{4W}{6V}$=$\frac{2}{3}$A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，两灯泡的电阻分别为：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{12V}{0.5A}$=24Ω，R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{6V}{\frac{2}{3}A}$=9Ω，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，能正常发光的灯泡为额定电流中较小的L₁，
此时电路中的电流I=0.5A，
L₂的实际功率：
P₂′=I²R₂=（0.5A）²×9Ω=2.25W；
（5）探究电流做功多少与电流大小是否有关”，应控制电压与通电时间相等而电流不同，可以把两规格不同的灯泡并联，实验电路图如图所示：

故答案为：
（1）电；   
（2）不同；灯泡的亮度；
（3）电压；
（4）L₁；2.25；
（5）电路图如上图所示．

点评 本题是一道实验探究题，侧重考查了控制变量法与转换法的具体应用，知道根据灯泡的亮度比较相同时间内电流做功的多少是关键．